遗传育种新技术在猪育种中的应用

1、遗传育种新技术在猪育种中的应用摘要:随着分子生物技术及分子遗传学科的发展,养猪行业从传统的表型数量遗传育 种向分子标记,基因组选择育种方向发展,本文就传统育种技术与分子遗传育种进行比 较,同时就分子遗传标记育种在猪育种中的应用进行综述。1、猪遗传育种常规技术育种技术在现代化养猪企业中占据举足轻重的作用, 行业里通俗的说法是一种二病 三营养,简要的说出了育种在养猪生产环节中的作用。目前我们国家养猪行业是以洋三 元为主,即杜洛克公猪配长白和大白杂交的母畜后代。传统的育种目标经历了从脂肪型 到瘦肉型的转变,从纯种培育到专门化品系和配套系培育的转变。育种目标考虑的两个 主要方面:一是提高种群生产性能的

2、遗传潜力, 二是如何最大可能地实现这些遗传潜力。 从降低养猪生产成本、提高产品数量和质量的商业角度考虑,目前猪育种的主要目标仍 是提高生长速度、繁殖性能、产肉量及适应性。常规的育种技术手段主要是按照数量遗传理论来进行的。通过后裔测定,对种猪个 体生产性能的测定,其中包括了体尺、生殖性状、背膘厚、生长速度以及料肉比等,结 合血缘关系, 按照 BULP 方法进行遗传育种的估计, 结合综合指数的高低进行优秀个体 种猪的选留。这种育种方法在配套系及专门化品系的培育过程中起到了很大的作用,但 是这种方法也有不足的地方,一方面时代间隔较长,遗传进展慢,另外一方面对那些遗 传力低的性状选育效果不理想。随着分

3、子生物学、分子遗传学等学科的发展,给传统的猪育种也带来了新的契机。 2、目前新的育种技术进入 21世纪以来, 生命科学有了长足的发展, 以人基因组测序结束进入后基因组时 代和体细胞克隆为标志,已经向人类展示了生物技术的魅力,对猪遗传育种也产生了深 远的影响,诸如在育种目标、选择性状、遗传评估方法和整个繁育体系方面,能够更加 高效率地按照人类意志定向改变猪生产类型、提高生产效率。从 20世纪 90年代起, 分子遗传标记研究迅速发展, 2000年人类基因组框架图构建 完成,大大带动了猪基因组计划研究的进展。随着与猪重要经济性状相关的一些主基因及数量性状位点(QTL 的发现和定位,猪育种开始进入分子

4、育种与常规育种技术融合 使用的新时期。目前具有实用价值的分子育种技术主要有两个类: 标记辅助选择(Marker Assisted Selection MAS 是目前研究最多的方法,它是将现代分子生物学技术与常 规育种方法相结合,借助分子标记选择某一位点基因改变该位点基因频率的过程,也称 分子辅助选择。 其效率主要取决于位点间存在的连锁不平衡; 标记辅助导入 (Marker Assisted Introgression MAI 是通过遗传标记将某一特定基因从一个品种导入另一个 品种,与传统的导入杂交改良品种缺陷的方法不同,不是简单的将两个品种杂交后通过 连续世代的回交,逐步消除不需要的外源基因,

5、达到一定程度后进行横交固定。利用 MAI 技术在两品种杂交后, 每次回交前先根据标记信息选出携带有目的基因的个体用于 回交,可大大提高基因导入的效率。在接下来的育种工作上, MAS 将是未来猪育种的强有力手段。与常规选择方法相 比, MAS 具有明显的优势: 可以直接依据基因型信息进行选择,提高了选种的准确 性和时效性;通过早起的选择从而可节省种猪的测定费用; 可在任何年龄、任何性 别和在活体上取得所需的标记信息用于选择,从而扩大了候选群体规模,提高了选择强 度, 可降低世代间隔, 加快遗传进展; 对于用常规选择方法效果不好的低遗传力性状, 可以通过增加基因型信息提高选择效果。目前实施 MAS

6、 育种方案的主要方式有三种: 合并选择:同时利用标记信息、 表 型信息和系谱信息对个体进行遗传评估,达到提高个体遗传评估的准确性; 两阶段 选择:先利用标记信息进行选择,选择具有理想基因型的个体参加性能测定,再根据性 能测定结果用 BLUP 法进行遗传评估,达到减少性能测定所需成本; 早期选择:利 用标记信息和系谱信息对个体进行早期选种,达到缩短世代间隔。MAS 育种技术仍然依赖数量遗传学方法,通过主效基因和 QTL 的检测,运用适当 的遗传评估模型结合标记信息进行基因型选择,提高选种的准确性。将现代分子遗传学 技术与传统数量遗传学结合在一起,形成了分子数量遗传学这一交叉学科,分子育种需 要依

7、靠数量遗传学方法才能充分发挥作用。3、目前 MAS 技术运用现状要准确定位重要经济性状必须要有大量的 DNA 分子遗传标记, 研究表明理想的遗传 标记应具备以下基本条件: 等显性,便于区分杂合子与纯合子; 遗传标记能在两个性别任何年龄段检测到,有利于对限性性状及早期选择; 遗传标记具有个体特异 性,能够区分家系内遗传变异; 具有多态性。随着猪基因组研究的进展,实验室研究结果向实用转化的速度加快,特别是商业化 育种公司的介入, 大大缩短了新基因和标记定位到实用检测技术体系建立和应用的时间 差。目前美国基因组计划已在猪连锁图谱上构建了近 3000个标记,大多数是微卫星标 记, 而不是功能基因。 如

8、 Rothschild (1998 报道猪遗传连锁图上的基因和标记共约 1800个,其中仅 250个是基因。这些基因图谱已经为大规模分离和定位影响重要经济性状的 基因奠定了很好的基础;以 PIC 公司为例,到 2001年初在猪育种中已经达到实用化的 DNA 标记有 10个,其中生长性能和疾病各 1个、肉质和产仔数各 4个;近期可实用化 的标记有 28个,其中生长性能 11个、疾病 1个、肉质 14个、产仔数 2个;目前正在 开发的标记有 44个,其中生长性能 12个、疾病 5个、肉质 18个、产仔数 9个。 DNA 分子遗传标记与重要经济性状的连锁不平衡是 MAS 的基础,当原始的连锁 不平衡

9、很大时,选择有关的标记位点比直接选择性状更有利,特别是在排除稀有的有害 隐性基因方面,如氟烷敏感基因。此外,在猪育种实践中 MAS 也为限性性状提供了新 的选择途径,如可以在仔猪出生后对公母猪同时检测雌激素受体基因(ESR 、促卵泡 素 亚基因(FSH 等进行早期选择,可大大提高猪产仔数选择效率,降低种猪培育 成本;在肉质选择方面,对酸肉基因(RN 的检测,可以减少屠宰测定直接进行种猪 活体肉质选择。猪群在高度集约化饲养中,造成繁殖、呼吸和运动系统等一系列疾病的原因非常复 杂, 对任何一种特定疾病的抗病力育种效果都不明显。 Guelph 大学的一项研究表明, 对 长白猪 6个世代高、低免疫反应

10、的 BLUP 选择,免疫反应效果差异明显。随着人类基因 组计划和猪基因组研究的进展,人们看到了对抗病力选择的希望。目前已发现的与猪疾 病有关的主基因或遗传标记有猪应激综合症 RYRI 基因、 E. coli F4受体基因、 SLA 基因 等。利用这些基因或标记进行抗病力选择,可以降低和淘汰群体中对疾病敏感的基因, 从具有抗病力的品系中导入抗性基因等另一个成功例子是 PIC 公司在商业化瘦肉型猪繁育体系中导入中国梅山猪的高繁 殖性能基因。 Rothschild (1996报道在猪 1号染色体上的雌激素受体基因(ESR 与梅 山猪合成系和大白猪产仔数有关,携带优势基因(BB 和 BA 的个体比其它

11、个体(AA 母猪相比平均每窝多产仔 0.5头,同时 ESR 基因对其它主要经济性能没有显著影响。在接下来的研究工作中,从分子水平分析杂种优势机理和预测杂种优势已成为可 能,利用微卫星 DNA 标记,以及基因差异分析技术,如消减杂交、 DNA 芯片和 mRNA 差异显示等,特别是 DNA 芯片技术可以快速检测品种间、个体间、细胞间的 DNA 差 异表达基因功能,可以为大规模猪配套系优化提供分子遗传信息,提高配套系筛选的效 率。4、研究及发展的趋势未来猪育种的方向将是猪生长性能、肉品质量、健康和繁殖效率的综合提高,主 要的关键技术包括主效基因和 DNA 标记的高通量诊断将成为选择的主要信息来源,在 此基础上的全基因组扫描与 BLUP 结合的分子育种, 并利用分子遗传信息进行杂交优势 预测和杂交组合筛选, 采用包括人工授精在内的繁殖技术和体细胞克隆技术大规模应用 提高优良种猪的利用率。现代猪育种技术已将育种改良速度提高到新的水平, 其技术难度正随着分子遗传学 技术的进步而下降, 决定猪育种的关键矛盾将逐步转向基因